中壓變頻高低高技術(shù)方案
發(fā)布時(shí)間：2012-10-20
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中壓變頻高低高技術(shù)方案
1. 前言
交流變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代化電氣傳動(dòng)的主要發(fā)展方向之一，它不僅調(diào)速性能優(yōu)越，而且節(jié)能效果良好。實(shí)踐證明，驅(qū)動(dòng)風(fēng)機(jī)、水泵的大、中型籠型感應(yīng)電動(dòng)機(jī)，采用交流變頻調(diào)速技術(shù)，節(jié)能效果顯著，控制水平也大為提高。
在中壓變頻傳動(dòng)產(chǎn)品中，ABB公司在小功率和高壓（6KV、10KV）應(yīng)用場(chǎng)合現(xiàn)階段以采用高－低－高方式為主。
高－低－高中壓變頻調(diào)速系統(tǒng)的工作原理是采用降壓變壓器將電網(wǎng)電壓降低，經(jīng)由低壓變頻器，再經(jīng)過升壓變頻器控制中壓電機(jī)。
l 優(yōu)點(diǎn)：
1、 價(jià)格便宜，約為直接高壓變頻器的70%左右；
2、 可靠性高，由于ABB低壓（380，690V）變頻器技術(shù)已十分成熟，可靠性很高，而與它配套的變壓器等設(shè)備都是高可靠性設(shè)備，所以整個(gè)系統(tǒng)的可靠性就很高；
3、 對(duì)電機(jī)的絕緣要求低，原有的老電機(jī)、電纜不須更換；
4、 不受供電電壓和電機(jī)電壓等級(jí)的***，電壓等級(jí)從2～13.8KV AC均可。
l 容量范圍：
現(xiàn)在的ABB低壓（如690v）變頻器雖可做到3000kw以上，但用于高低高系統(tǒng)，考慮到接線方面的問題，用于600kw以下較為適合。
2. 高低高系統(tǒng)方案說明
在高低高方案中，交流傳動(dòng)系統(tǒng)采用ABB公司的ACS800 Step-up/Sine Filter 交流變
頻器裝置以及配套的降壓變壓器、升壓變壓器、電機(jī)、電纜組成。
本方案提供的ACS800 Step-up/Sine Filter交流變頻器裝置具有正弦波濾波器，且可以通過設(shè)置參數(shù)來選擇不同的操作方式和各種功能。PLC和工業(yè)PC機(jī)與變頻控制器之間可以通過現(xiàn)場(chǎng)總線適配器進(jìn)行通訊，也可以用端子點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的方式進(jìn)行控制，這需要用戶根據(jù)實(shí)際的工藝控制要求和現(xiàn)場(chǎng)的情況來決定。
2.1 ACS800 Step-up的構(gòu)成及功能
ACS800 Step-up/Sine Filter Drive 是ABB公司ACS800系列中的一員。ACS800 Step-up 的主要概念是用低壓變頻器控制中壓電機(jī)，Step-up應(yīng)用系統(tǒng)包括變頻器、正弦波濾波器、 變壓器、電纜和電機(jī)，它的靈活配置適應(yīng)于泵、風(fēng)機(jī)和潛水油泵等工業(yè)領(lǐng)域。ACS800 Step-up所包含的變頻器是ACS800標(biāo)準(zhǔn)變頻器模塊，從140KW至2500KW所有功率范圍都是IGBT功率模塊，并且在變頻器內(nèi)部設(shè)置了進(jìn)線電抗器，從而有效地抑制了高次諧波對(duì)電網(wǎng)的影響； ACS800 Step-up具有正弦波濾波器裝置，該濾波器能夠有效地濾掉高頻部分，使其輸出的正 弦波達(dá)到***無(wú)諧波，從而降低了升壓變壓器的制造費(fèi)用，并且提高了變壓器和電機(jī)的使用壽命；ACS800 Step-up與降壓變壓器和升壓變壓器配合使用去滿足各種電機(jī)電壓的要求(2-13KV)。ABB公司在Step-up傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)用中具有豐富的經(jīng)驗(yàn)，自1981年以來已經(jīng)交付和運(yùn)行了上百套Step-up傳動(dòng)系統(tǒng)。
2.1.1 ACS800 Step-up 傳動(dòng)的特點(diǎn)
ACS800高低高系統(tǒng)的特點(diǎn)：
· 對(duì)電機(jī)電壓的適應(yīng)性。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇電機(jī)電壓。
· 合理的費(fèi)用。變壓器容量比沒有正弦波濾波器傳動(dòng)的要小。
· 不要求特殊的電機(jī)線圈絕緣。由于有正弦濾波器和變壓器的隔離作用不會(huì)產(chǎn)生軸承電流。
· 低電機(jī)噪音。輸出的電壓和電流為正弦波形。
· 允許長(zhǎng)的電機(jī)電纜。
· 安裝在浮地電網(wǎng)中。
· 通過輸出變壓器補(bǔ)償因?yàn)V波器引起的10%的壓降。
· 先進(jìn)的控制模式。
在工業(yè)風(fēng)機(jī)和泵應(yīng)用中其特點(diǎn)：
· ***經(jīng)濟(jì)的應(yīng)用方案，由于采用了高科技的正弦濾波器和標(biāo)準(zhǔn)的輸出變壓器。
· ***的改造方式，因?yàn)檎也ǖ碾妷狠敵觥?/span>
· 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為50%的額定轉(zhuǎn)矩。
· 一般電纜***長(zhǎng)為300米。
· 在要求高的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和更長(zhǎng)的電機(jī)電纜時(shí)，需用特殊的變壓器。
在潛水泵應(yīng)用中其特點(diǎn)：
· 提高了泵的使用壽命。
· 通過使用升壓變壓器可以得到100%的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。
· 電機(jī)電纜可以長(zhǎng)達(dá)幾千米,電纜上的壓降可以通過輸出變壓器來補(bǔ)償。
2.1.2 ACS800 Step-up 傳動(dòng)的優(yōu)越性能
· 電源斷電時(shí)的運(yùn)行—ACS800將利用正在旋轉(zhuǎn)著的電機(jī)的動(dòng)能繼續(xù)運(yùn)行，只要電機(jī)旋轉(zhuǎn)并產(chǎn)生能量供給 ACS800，使其繼續(xù)運(yùn)行。
· IR補(bǔ)償功能—用于滿足高的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩。電壓提升補(bǔ)償在電纜、升壓變壓器和電機(jī)上的電阻損失。由于在0Hz時(shí)，電壓不能送至變壓器，故在ACS800 Step-up應(yīng)用中，必須使用特殊的IR 補(bǔ)償方法 。所有的IR補(bǔ)償是在滑差頻率下起動(dòng)。
· 自動(dòng)跟蹤起動(dòng)功能-- ACS800的自動(dòng)起動(dòng)特性超過一般變頻器的飛升起動(dòng)和積分起動(dòng)的性能，它能在極短的時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到電機(jī)的狀態(tài)并實(shí)施跟蹤起動(dòng)。當(dāng)電機(jī)工作在5Hz以上時(shí)，ACS800 Step-up可以不帶編碼盤實(shí)施跟蹤起動(dòng)。跟蹤起動(dòng)功能通過軟件設(shè)置，不需要任何外圍硬件配置。
· 堵轉(zhuǎn)功能—當(dāng)轉(zhuǎn)矩低于設(shè)定的限幅，并且在一定的時(shí)間內(nèi)電流高于特定的限幅時(shí)，電機(jī)被認(rèn)為堵轉(zhuǎn)并發(fā)出故障或報(bào)警信號(hào)。
· 電機(jī)缺相保護(hù)功能—如果所濾波的三相相電流中的一相絕對(duì)值低于設(shè)定值，缺相保護(hù)功能就要發(fā)出故障或報(bào)警信號(hào)。
· 接地保護(hù)功能—當(dāng)變壓器原邊或變壓器電纜出現(xiàn)接地現(xiàn)象時(shí)，發(fā)出接地故障或報(bào)警信號(hào)。
· 過載保護(hù)和欠載保護(hù)。
· 短路保護(hù)。
2.1.3 ACS800 Step-up 柜體裝置
ACS800 Step-up Drives-MNS 柜體(IP22)安裝了一個(gè)鉸鏈連接的前門， 門上裝有主熔 斷隔離開關(guān)的操縱手柄，控制盤安裝組件，和其它一些可選件。冷卻空氣的通風(fēng)窗靠柵格擋著，防止異物進(jìn)入柜體。
ACS800 Step-up柜體內(nèi)配置了電源輸入熔斷隔離開關(guān)，含快速熔芯，具有電源開關(guān)和短路保護(hù)雙重功能，正弦波濾波器也裝于MNS柜體內(nèi)。同時(shí)輸入接觸器和急停保護(hù)回路作為可選項(xiàng)，用戶可以根據(jù)實(shí)際需要選擇。
2.2.3 可編程模擬輸出
ACS800提供了兩個(gè)可編程的電流輸出口。模擬輸出信號(hào)可以取反和濾波。***小電流可以是0mA或4mA。根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。
依靠參數(shù)選擇，模擬輸出信號(hào)可以與下列量成正比，電機(jī)轉(zhuǎn)速，過程轉(zhuǎn)速（成比例的電機(jī)轉(zhuǎn)速），輸出頻率，輸出電流，電機(jī)轉(zhuǎn)矩，輸出電壓，應(yīng)用塊輸出（PID調(diào)節(jié)器輸出），給定，或給定差值（在給定和PID調(diào)節(jié)器的實(shí)際值之間的差）。
還可以通過通訊模塊（例如現(xiàn)場(chǎng)總線模塊）控制模擬輸出信號(hào)?？删幊滔到y(tǒng)控制輸入
可編程系統(tǒng)控制輸入包括：
運(yùn)行允許信號(hào)
故障復(fù)位信號(hào)
系統(tǒng)控制輸入信號(hào)可以通過數(shù)字輸入口輸入或控制盤輸入，而運(yùn)行允許信號(hào)不能從控制盤給出。
這些信號(hào)也可以通過總線接受上位機(jī)傳送的信號(hào)。
2.2.4 模擬輸入
ACS800有三個(gè)可編程模擬輸入口：一個(gè)電壓輸入口和兩個(gè)電流輸入口。每個(gè)模擬輸入口都可以通過調(diào)整信號(hào)的***大/***小極限，濾波時(shí)間常數(shù)，信號(hào)取反選擇來處理。
***小/***大設(shè)定
可選的***小值是0V/mA,2V/4mA或輸入調(diào)節(jié)。輸入調(diào)節(jié)允許ACS800***大信號(hào)值。
濾波
模擬輸入信號(hào)濾波時(shí)間常數(shù)由用戶自己調(diào)整，從0.01s到10s。
取反功能：***小模擬輸入信號(hào)對(duì)應(yīng)***大給定，***大模擬輸入對(duì)應(yīng)***小給定。
這些信號(hào)也可以通過總線接受上位機(jī)傳送的信號(hào)。
2.2.5 保護(hù)功能
ACS800提供了幾種編程的故障保護(hù)功能和幾種非用戶調(diào)整的已編程的保護(hù)功能。
2.2.6 可編程故障保護(hù)功能
2.2.6.1 控制盤信號(hào)丟失
控制盤信號(hào)丟失功能定義了當(dāng)控制盤選作控制區(qū)時(shí)，在ACS800通訊中斷的情況下ACS800的動(dòng)作。
2.2.6.2 外部故障功能
帶有外部故障功能，通過定義一個(gè)數(shù)字輸入口作為外部聯(lián)鎖信號(hào)輸入，可以監(jiān)視外部故障。
2.2.6.3 電機(jī)過熱保護(hù)
可以激活電機(jī)過熱保護(hù)功能并選擇一個(gè)電機(jī)過熱保護(hù)模式來保護(hù)電機(jī)防止過熱。
電機(jī)過熱保護(hù)模式一種是基于電機(jī)溫度熱模型，另一種基于電機(jī)溫度傳感器元件過溫指示。
電機(jī)溫度熱模型
ACS800使用下列假設(shè)來計(jì)算電機(jī)的溫度：
電機(jī)的環(huán)境溫度是30℃。
電機(jī)的溫度使用用戶自定義或自動(dòng)計(jì)算電機(jī)過熱時(shí)間和電機(jī)負(fù)載曲線。當(dāng)環(huán)境溫度高于30℃，負(fù)載曲線應(yīng)有所調(diào)整。
注意：用戶自定義模型可用于ACS800-07-0490-6及以上功率等級(jí)的單元。
熱模型通過設(shè)置電機(jī)過熱時(shí)間為350，700，1050秒提供了等價(jià)于標(biāo)準(zhǔn)10級(jí)，20級(jí)，30級(jí)的過熱繼電保護(hù)。
2.2.6.4 堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能
ACS800在電機(jī)發(fā)生堵轉(zhuǎn)時(shí)保護(hù)電機(jī)?？梢哉{(diào)整監(jiān)視極限（頻率，時(shí)間），選擇傳動(dòng)如何動(dòng)作（警告顯示/故障顯示和停止傳動(dòng)/不反應(yīng)）。
如果下列條件都滿足，堵轉(zhuǎn)保護(hù)功能將被激活：
1）ACS800輸出頻率低于用戶設(shè)定的堵轉(zhuǎn)頻率極限。
2）電機(jī)轉(zhuǎn)矩上升到由ACS800軟件計(jì)算得到是***大允許值。這個(gè)極限不斷地變化，這是由于變頻器軟件計(jì)算的電機(jī)溫度不斷變化。
3）條件1和2已經(jīng)超過了用戶設(shè)置的時(shí)間（堵轉(zhuǎn)時(shí)間極限）。
2.2.6.5 欠載保護(hù)功能
欠載可以作為故障指示出來。ACS800提供了一個(gè)欠載功能來保護(hù)機(jī)械設(shè)備，在負(fù)載丟失時(shí)發(fā)出信號(hào)。可選擇為：報(bào)警/報(bào)故障&停止傳動(dòng)/不反應(yīng)。
如果下列條件同時(shí)滿足，欠載保護(hù)功能將被激活：
1） 電機(jī)負(fù)載低于用戶選擇的欠載曲線（五個(gè)選項(xiàng)）。
2） 電機(jī)負(fù)載低于用戶選擇的欠載曲線的時(shí)間超過用戶設(shè)定時(shí)間（欠載時(shí)間）。
2.2.6.6 電機(jī)缺相保護(hù)功能
缺相功能監(jiān)視電機(jī)電纜的連接狀態(tài)。這個(gè)功能在電機(jī)起動(dòng)時(shí)特別有用。ACS800檢測(cè)是否電機(jī)任意一相沒有連接或是不起動(dòng)。缺相功能也在正常運(yùn)行下監(jiān)視電機(jī)連接狀態(tài)。
用戶可以定義在缺相時(shí)的傳動(dòng)動(dòng)作。選項(xiàng)是故障顯示，停止，或無(wú)反應(yīng)。
2.2.6.7 接地故障保護(hù)
接地故障保護(hù)監(jiān)視電機(jī)，電機(jī)電纜和變頻器的接地故障。接地故障判別是基于在變頻器的輸入端的電流互感器對(duì)接地保護(hù)泄漏電流的測(cè)量。發(fā)生接地故障時(shí)，該功能可以選擇為停止傳動(dòng)，給出故障顯示，傳動(dòng)繼續(xù)運(yùn)行或忽略接地故障。
2.2.6.8 通訊故障功能
通訊故障功能監(jiān)測(cè)ACS800與外部控制設(shè)備（例如現(xiàn)場(chǎng)總線適配器模塊）之間的通訊。
用戶可以定義當(dāng)通訊丟失時(shí)傳動(dòng)的動(dòng)作，以及設(shè)定動(dòng)作的延時(shí)。用戶還可以定義ACS800繼電器或模擬輸出口指示通訊連接的是否處于故障狀態(tài)。
2.2.7 已編程的保護(hù)功能
不能由用戶改變的ACS800的已編程保護(hù)功能：
2.2.7.1 過流
過流跳閘極限是3.5*I2hd ( I2hd 為額定輸出電流，重載使用)。
2.2.7.2 直流過壓
2.2.7.3 直流欠壓
2.2.7.4 過溫
ACS800監(jiān)視逆變器模塊的溫度。如果逆變器模塊溫度超過115℃，給出警告。過溫跳閘極限是125℃。
2.2.7.5 短路
ACS800具有獨(dú)立監(jiān)視電機(jī)電纜和逆變器短路保護(hù)的功能。如果短路發(fā)生，傳動(dòng)將不會(huì)起動(dòng)，并顯示故障。
2.2.7.6 過頻
如果ACS800輸出頻率超過預(yù)設(shè)值，傳動(dòng)停止，顯示故障。預(yù)設(shè)值是超過***大絕對(duì)轉(zhuǎn)速極限（在DTC模式下）或***大頻率極限。
2.2.7.7 I/O控制板內(nèi)部故障
如果應(yīng)用電機(jī)控制板（RAMC）不能與I/O控制板（RIOC）或擴(kuò)展I/O板（數(shù)字I/O擴(kuò)展板或模擬I/O擴(kuò)展板）通訊，傳動(dòng)停止，并顯示故障。
2.2.7.8 內(nèi)部故障
如果ACS800檢測(cè)到內(nèi)部故障，傳動(dòng)將停止，并顯示故障。
2.2.8 其它特性
有模擬和數(shù)字接口擴(kuò)展模板以及多種現(xiàn)場(chǎng)總線適配器可供選擇。內(nèi)置PID調(diào)節(jié)器可以方便實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。
2.2.9 極限
ACS800可以設(shè)定轉(zhuǎn)速，電流（***大），轉(zhuǎn)矩（***大）和直流電壓的極限。
2.2.10 功率極限
***大允許電機(jī)功率是1.5*Phd。如果超過了這個(gè)極限，電機(jī)轉(zhuǎn)矩自動(dòng)地受***。這個(gè)功能保護(hù)了ACS800的內(nèi)部整流橋防止過載。
2.2.11 自動(dòng)復(fù)位
ACS800可以在過流，過壓，欠壓和AI口為手動(dòng)復(fù)位。
2.2.12 參數(shù)鎖定
由參數(shù)16組完成參數(shù)鎖定設(shè)定工作。
2.3 降壓變壓器
降壓變壓器采用干式整流變壓器。考慮到系統(tǒng)的冷卻，變壓器與變頻器分開布置。
變壓器電壓根據(jù)用戶不同的電源參數(shù)（6KV、10KV）定制。
變壓器電壓調(diào)整范圍：±2x2.5%
變壓器一次側(cè)額定頻率：50±5%Hz
絕緣等級(jí)：H級(jí)
防護(hù)等級(jí)：IP20（帶罩）
冷卻方式：自冷
連接方式：電纜進(jìn)線（下進(jìn)下出）
色標(biāo)：RAL7032
2.4 升壓變壓器
升壓變壓器在高-低-高變頻應(yīng)用配置中占據(jù)主要的環(huán)節(jié)。大多數(shù)品牌的變頻器在高-低-高應(yīng)用中，其輸出側(cè)不含有正弦波濾波器，因此對(duì)升壓變壓器的制造和性能提出了很高的要求，必須特殊設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，增加了投資成本。而ACS800 Step-up傳動(dòng)裝置含有正弦波濾波器，提高了升壓變壓器和電機(jī)使用壽命，并且降低了投資。由于正弦波濾波器在工作時(shí)會(huì)造成輸出電壓的下降，此損失的電壓要由升壓變壓器來補(bǔ)償。同時(shí)考慮變壓器到電機(jī)電纜阻抗壓降和電機(jī)內(nèi)的阻抗壓降，變壓器副邊電壓也要適當(dāng)提高。
升壓變壓器采用干式變壓器?？紤]到系統(tǒng)的冷卻，變壓器與變頻器分開布置。
變壓器電壓根據(jù)用戶不同的電機(jī)參數(shù)（6KV、10KV）定制。
變壓器電壓調(diào)整范圍：±2x2.5% ,
變壓器一次側(cè)額定頻率：50±5%Hz
絕緣等級(jí)：H級(jí)
防護(hù)等級(jí)：IP20（帶罩）
冷卻方式：自冷
連接方式：電纜進(jìn)線（下進(jìn)下出）
色標(biāo)：RAL7032
3. 質(zhì)量保證及考核方法
技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)： 以ABB公司提供的產(chǎn)品樣本中的技術(shù)數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。
供方提供的ABB設(shè)備符合IEC標(biāo)準(zhǔn)，外購(gòu)件符合國(guó)標(biāo)要求.
考核方法： 以供方提供的調(diào)試軟件所記錄的有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試的數(shù)據(jù)和有關(guān)圖形作為
考核依據(jù)， 需方進(jìn)行考核。
2.2 ACS800 Step-up變頻器技術(shù)參數(shù)
2.2.1 加速和減速積分
ACS800提供了兩個(gè)用戶選擇的加速和減速積分。可以調(diào)整加減速時(shí)間（0到1800S）和選擇積分類型。能夠通過控制一個(gè)數(shù)字輸入口，在兩個(gè)設(shè)定的積分時(shí)間之間進(jìn)行切換。
可選的積分類型是線性曲線和S形曲線：
Linear
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